Cálculo de la fuerza necesaria para mover un objeto por una pendiente
En física, cuando las fuerzas de fricción actúan sobre una superficie inclinada, tal como una rampa, el ángulo de la rampa se inclina la fuerza normal en un ángulo. Cuando se trabaja a cabo las fuerzas de fricción, es necesario tomar en cuenta este hecho.
Fuerza normal, N, es la fuerza que empuja hacia arriba contra un objeto, perpendicular a la superficie del objeto está descansando sobre. La fuerza normal no es necesariamente igual a la fuerza debido a la gravedad que es la fuerza perpendicular a la superficie de un objeto se desliza sobre. En otras palabras, la fuerza normal es la fuerza de empuje las dos superficies juntas, y el más fuerte es la fuerza normal, más fuerte es la fuerza debida a la fricción.
¿Qué pasa si usted tiene que empujar un objeto pesado por una rampa? Digamos, por ejemplo, usted tiene que mover un refrigerador. ¿Quieres ir de camping, y debido a que esperas para coger un montón de peces, usted decide tomar su refrigerador 100 kilogramos con usted. La única pega es conseguir el refrigerador en su vehículo (véase la figura). El refrigerador tiene que subir una rampa de 30 grados que pasa a tener un coeficiente estático de fricción con el refrigerador de 0,20 y un coeficiente cinético de fricción de 0,15. La buena noticia es que usted tiene dos amigos que le ayudarán a mover la nevera. La mala noticia es que se puede suministrar a sólo 350 newtons de fuerza cada uno, por lo que sus amigos pánico.
La fuerza mínima necesaria para empujar ese refrigerador por la rampa tiene una magnitud Fempujar, y tiene que contrarrestar la componente del peso de la actuación refrigerador a lo largo de la rampa y la fuerza debida a la fricción.
El primer paso en este problema es resolver el peso de la nevera en componentes paralelos y perpendiculares a la rampa. Echa un vistazo a la figura, que muestra la nevera y las fuerzas que actúan sobre ella. El componente del peso de la nevera a lo largo de la rampa es
y el componente del peso del refrigerador perpendicular a la rampa es
Cuando se conoce el componente del peso a lo largo de la rampa, se puede calcular la fuerza mínima necesaria para empujar el refrigerador por la rampa. La fuerza mínima tiene que superar la fuerza estática de fricción que actúa por la rampa y el componente del peso del refrigerador actuando por la rampa, por lo que la fuerza mínima es
La siguiente pregunta es, " Cuál es la fuerza de fricción, FF?" En caso de utilizar el coeficiente estático de fricción o el coeficiente de rozamiento cinético? Debido a que el coeficiente estático de fricción es mayor que el coeficiente de rozamiento cinético, el coeficiente estático es su mejor opción. Después de que usted y sus amigos dan el refrigerador para empezar a moverse, puede mantenerlo en movimiento con menos fuerza. Debido a que usted va a utilizar el coeficiente de rozamiento estático, puede obtener FF de esta manera:
También necesita la fuerza normal, FN, continuar. FN es igual y opuesta a la componente del peso del refrigerador que actúa perpendicularmente a la rampa. El componente del peso del refrigerador que actúa perpendicularmente a la rampa es
así que se puede decir que la fuerza normal que actúa sobre el refrigerador es
Usted puede verificar esto al permitir theta ir a cero, lo que significa que FN se convierte en mg, como debería.
La fuerza de rozamiento estático, FF, a continuación, está dada por
Así la fuerza mínima necesaria para superar la componente del peso que actúa a lo largo de la rampa y la fuerza de fricción estática está dada por
Ahora sólo tiene que enchufar en los números:
Usted necesita 660 newtons de fuerza para empujar el refrigerador por la rampa. En otras palabras, sus dos amigos, que pueden ejercer 350 newtons cada uno, son suficientes para el trabajo.
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